01 水力发电的原理和水电站的类型

1.1 水力发电的基本原理及特点

我国水能资源的特点

总量丰富，分布均匀

时间

空间

开发率低，发展迅速

前景宏远，任重道远

湖北水利水电职业技术学院1.1 水力发电的基本原理及特点一、水力发电的基本原理

在天然河流上，修建水工建筑物，集中水头，通过一定的流量将“载能水”输送到水轮机中，使水能→旋转机械能→带动发电机组发电→输电线路→用户

湖北水利水电职业技术学院

1.1 水力发电的基本原理及特点二、水电站的出力和发电量的计算湖北水利水电职业技术学院

1.1 水力发电的基本原理及特点二、水电站的出力和发电量的计算

出力：（功率）

理论出力Pt9.81QHg实际出力P9.81QHKQH能量损失：

1.Hg→H：损失水头△h，据经验，一般为Hg的3%~10%，输水道短取小值。

2. η ：k=9.81η水电站出力系数。大中型水电站k=8.0~8.5；中小型水电站k=6.5~8.0。

湖北水利水电职业技术学院1.1 水力发电的基本原理及特点二、水电站的出力和发电量的计算

发电量：一定时段内水电站发出的电能总量，单位为kW·h

EPT湖北水利水电职业技术学院1.1 水力发电的基本原理及特点三、水力发电特点

优点：

(1) 不耗燃料，成本低廉

(2) 水火互济，调峰灵活(3) 综合利用，多方得益(4) 取之不尽可，用之不竭

(5) 环境优美，能源洁净

湖北水利水电职业技术学院1.1 水力发电的基本原理及特点三、水力发电特点

缺点：

(1) 受自然条件限制

(2) 一次性投资大，工期长(3) 事故后果严重

(4) 大型工程对环境、生态影响较大

湖北水利水电职业技术学院1.2水能资源的开发方式及水电站的基本类型湖北水利水电职业技术学院

1.2 水能资源的开发方式及水电站的基本类型水电站的基本类型

由P = 9.81ηQH可知，发电必须有流量和水头。形成水头方式——水电站的开发方式。

按其集中水头的方式不同分为：坝式、引水式和混合式三种基本方式。

抽水蓄能电站和潮汐电站也是水能利用的重要型式。



按调节能力分成：

无调节水电站、有调节水电站

一般坝后式水电站和混合式水电站都是有调节的；河床式和引水式水电站常是无调节的，或者只有较小的调节能力。湖北水利水电职业技术学院1.2 水能资源的开发方式及水电站的基本类型一、坝式水电站

用坝集中水头的水电站称为坝式水电站其特点有：

水头取决于坝高。

引用流量较大，电站的规模也大，水能利用较充分，综合利用效益高。投资大，工期长。



适用：河道坡降较缓，流量较大，并有筑坝建库的条件。

湖北水利水电职业技术学院1.2 水能资源的开发方式及水电站的基本类型1．河床式电站湖北水利水电职业技术学院

1.2 水能资源的开发方式及水电站的基本类型1．河床式电站

特点：

一般修建在河道中下游河道纵坡平缓的河段上，为避免大量淹没，建低坝或闸。

适用水头：大中型：25米以下，小型：8~10米以下。

厂房和挡水坝并排建在河床中，共同挡水，故厂房也有抗滑稳定问题；

厂房高度取决于水头的高低。引用流量大、水头低。



注：厂房本身起挡水作用是河床式水电站的主要特征。

湖北水利水电职业技术学院葛州坝水电站湖北水利水电职业技术学院

富春江河床式电站河床厂房湖北水利水电职业技术学院

1.2 水能资源的开发方式及水电站的基本类型2.坝后式水电站湖北水利水电职业技术学院

1.2 水能资源的开发方式及水电站的基本类型2.坝后式水电站

特点：

当水头较大时，厂房本身抵抗不了水的推力，将厂房移到坝后，由大坝挡水。坝后式水电站一般修建在河流的中上游。库容较大，调节性能好。

湖北水利水电职业技术学院万家寨坝后式水电站坝后厂房湖北水利水电职业技术学院

三峡水电站湖北水利水电职业技术学院

1.2 水能资源的开发方式及水电站的基本类型二、引水式水电站

用引水道集中水头的电站称为引水式水电站特点：

水头相对较高，目前最大水头已达2000米以上。

引用流量较小，没有水库调节径流，水量利用率较低，综合利用价值较差。

电站库容很小，基本无水库淹没损失，工程量较小，单位造价较低。



适用条件：适合河道坡降较陡，流量较小的山区性河段。

湖北水利水电职业技术学院1.2 水能资源的开发方式及水电站的基本类型二、引水式水电站

一般修建于：

河道有弯道；

两条相近河流有较大水位差；有急滩或瀑布处。



类型

无压引水式(free flow)：引水道是无压的有压引水式(pressure flow)：引水道是有压的

湖北水利水电职业技术学院1.2 水能资源的开发方式及水电站的基本类型1.无压引水电站湖北水利水电职业技术学院

1.2 水能资源的开发方式及水电站的基本类型1.无压引水电站

引水建筑物是无压的:渠道或无压隧洞主要建筑物：低坝，进水口，沉沙池，引水渠(洞)，日调节池，压力前池，压力水管，厂房，尾水渠。

湖北水利水电职业技术学院1.2 水能资源的开发方式及水电站的基本类型2. 有压引水式电站湖北水利水电职业技术学院

1.2 水能资源的开发方式及水电站的基本类型2. 有压引水式电站

引水建筑物是有压的：压力隧洞(pressure tunnel)



主要建筑物：低坝，有压隧洞，调压室，压力水管，厂房，尾水渠。

湖北水利水电职业技术学院1.2 水能资源的开发方式及水电站的基本类型三、混合式水电站

由坝和引水道分别集中一部分水头，电站的总水头等于这两部分之和。



适用于上游有优良坝址，适宜建库，而紧接水库以下河道突然变陡或河流有较大的转弯。同时兼有坝式和引水式水电站的优点。在工程中多称为引水式水电站

湖北水利水电职业技术学院1.2 水能资源的开发方式及水电站的基本类型四、抽水蓄能电站

抽水蓄能电站是以水体为储能介质，起调节作用。主要解决电力系统的调峰问题；



建筑物组成包括：上下两个水库，用引水建筑物相连，蓄能电站厂房建在下水库处，采用双向机组

抽水蓄能和放水发电两个过程

低谷期：电能→水能；高峰期：水能→电能



湖北水利水电职业技术学院1.2 水能资源的开发方式及水电站的基本类型五、潮汐水电站

潮汐：潮汐现象是海水因受日月引力而产生的周期性升降运动，即海水的潮涨潮落。



潮汐发电原理：利用潮水涨、落产生的水位差所具有势能来发电的，也就是把海水涨、落潮的能量→机械能→电能(发电)的过程。流量大，水头低的水电站。

湖北水利水电职业技术学院最大的潮汐电站——法国朗斯电站湖北水利水电职业技术学院

1.2 水能资源的开发方式及水电站的基本类型沙溪河流域梯级电站布置示意图湖北水利水电职业技术学院

1.3水电站的组成建筑物

一、枢纽建筑物

挡水建筑物：坝、闸

泄水建筑物：溢洪道、泄水洞、溢流坝过坝建筑物：过船、过木、过鱼

湖北水利水电职业技术学院1.3水电站的组成建筑物

二、发电建筑物

进水建筑物：进水口、沉沙池

引水建筑物：引水道、压力管道、尾水道平水建筑物：前池、调压室

厂区枢纽：主厂房、副厂房、变电站、开关站等

湖北水利水电职业技术学院本章小结

1．水电站的基本类型有坝式、引水式及混合式。坝式水电站分为河床式、坝后式；引水式水电站分有压引水式和无压引水式电站；混合式开发多为有压引水式电站。这部分是水电站建筑物最基本的概念，也是本章的重点，应牢固掌握。

湖北水利水电职业技术学院本章小结

2．抽水蓄能电站和潮汐电站也是水能利用的重要型式。

抽水蓄能电站主要解决电力系统的调峰问题，尤其在我国东北、华北、华东等水能资源相对短缺的地区，加快抽水蓄能电站的建设速度很有必要；潮汐电站是开发海水能源的主要型式，应有所了解。

湖北水利水电职业技术学院本章小结

3．水电站建筑物由引水系统和厂区枢纽两大部分组成。水电站的类型不同，建筑物的组成有所不同；厂区枢纽包括厂房建筑物和变电站。这部分也是本章的重点。

湖北水利水电职业技术学院思考题

1.试阐述水能利用原理。2.什么是水电站的出力?

3.按照集中落差方式的不同，水电站的开发可分为几种基本方式?何为坝式水电站、引水式水电站和混合式水电站? 4.坝式水电站水利枢纽和引水式水电站水利枢纽各有哪些主要特点?

5.坝后式和河床式水电站枢纽的特点是什么?其组成建筑物有哪些?

6.无压引水式和有压引水式水电站枢纽的特点是什么?其组成建筑物有哪些?

7.水电站有哪些组成建筑物?

湖北水利水电职业技术学院